科学教育“五结合”模式初探

蔡志东，束永祥

(镇江高等专科学校丹阳师范学院，江苏 丹阳 212300)

进入21世纪，国与国之间的竞争主要表现为综合国力的竞争，核心是科技和创新人才的竞争。本文就如何培养高素质的、适应时代发展和职业需求的创新型科学教师队伍作了初步的探讨，提出实施“五结合全科学教育”模式以及实施该模式的具体措施，希望对提高我国科学教师队伍的素质、科学教育水平能有所帮助。

1 中美“科学教育”比较

1.1 宏观政策

政策是一个国家的纲领性文件，它对科学教育起着举足轻重的作用。美国国家科学委员会(简称NSB)于2010年5月出台了《培养下一代科学创新者:发现并发展我们国家的人力资本》的报告。2010年9月，美国总统科学与技术顾问委员会发表了《准备并激励:为了美国的未来进行K－12科学、技术、工程和数学教育》的报告［1］。这两份报告略有不同，前者注重激励少数英才成为卓越的科学家，后者更注重整体基础科学教育。在此基础上，2011年3月，美国联邦教育部发布《改革蓝图——〈重新授权初等与中等教育法〉》，将科学教育专门列为一章进行战略部署［1］。2011年7月，美国又颁布了科学教育的新标准，名为《K－12年级科学教育的框架:实践、跨学科概念以及核心概念》，以框架的形式统一指导全国的科学教育［2］。这些文件和框架既具有明确的要求，又不框得太死，给各校留有一定的自由选择的权利，对科学教育影响深远。

在我国，2001年秋季，义务教育新课程进入国家级实验区。根据课程改革的实际需要和总体规划，教育部继2005年首先启动义务教育数学学科课程标准的修订工作以后，2007年4月全面启动了义务教育阶段18门学科课程标准的修订工作。2011年12月，教育部正式印发《义务教育语文等学科课程标准(2011年版)》，并决定于2012年秋季开始执行［3］。2003年3月31日，教育部颁发了《普通高中课程方案(实验)》和15门学科课程标准(实验)，2004年秋季，部分省市进行课程实验［4］，2007年秋季，北京、湖南、黑龙江、吉林和陕西省全面进行课程实验，并于2010年前在全国全面推开［5］。这些课程方案和标准都有具体的目标要求，但其中没有专门针对小学科学教育而设计的。

1.2 师资队伍

科学教育对于国家经济的健康发展至关重要。要实施科学教育，需要有高素质的科学教师队伍。美国国家科学委员会和总统科学与技术顾问委员会的报告中也提出了师资队伍建设问题。他们建议联邦政府在培训、招聘和入职上给予强有力的支持，以在下一个10年招聘、培训10万名优秀科学教师，并创建科学精通教师团队(STEM Master Teachers Corps)，给予位居全国前5%的科学教师以更多的工资补贴、额外的项目资助，让他们不断反思、研究、改进教学策略。2011年，奥巴马总统在国情咨文(the State of the Union)中提出改进数学和科学教学，在下一个10年招聘10万名新科学教师［1］。

据文献［6］报道，我国科学教育状况在华东和西南地区相对较好。文中提到肖文军曾经对河南省170多所农村小学科学教师状况做过抽样调查，发现大多数科学教师是“老、弱、病、残”，96.5%的科学教师没有本科学历，多数是兼职教师，偏远地区则基本是兼职教师。文献［6］提供的数据表明:我国目前有62所高校有资格开设本科学历的科学教育专业，但是仅有44所学校正常开设科学教育专业，其余18所学校因为生源不足或就业前景暗淡而选择放弃。至于具有硕士或博士学位的科学教师更是屈指可数。而文献［7－8］的数据表明:美国有约90所大学开设科学教育本科专业，36所大学招收科学教育专业硕士研究生，25所大学招收科学教育专业博士研究生。专职科学教师严重匮乏，已经成为制约我国科学教育发展的重要因素之一。

就江苏而言，科学教育师资的身份认定是制约一些教师不愿意成为专职科学教师的重要原因。《江苏省职称工作领导小组关于印发江苏省中小学教师专业技术资格条件的通知》(苏职称〔2013〕4号)所附的《江苏省中小学教师专业技术资格条件》第6章第31条指出“中小学教师专业资格评审的学科为:语文、数学、外语……心理健康教育等学科”［9］。其中没有列出“科学”学科。

1.3 教学理念和方法

首都师范大学的丁邦平老师对中美两国的科学教育进行了较为细致的比较［10］，他认为，中美两国在课程设置和教材内容上不同，美国更注重综合教学，而中国则比较注重分科教学。在教学理念和方法上，美国以学生为中心，注重实践和动手能力，注重归纳推理，强调学生主动学习［11］，中国则更多的是以教师为中心，注重理论和书本知识，注重演绎推理，学生的学习处于被动状态。

1.4 周课时数

笔者所在的师范学院重点培养小学教师，因此本文着重就中美两国的小学科学教育情况进行简要的介绍。文献［12］表明:我国大多数小学的科学课为每周2课时(少数3课时)，和语文、数学、英语3门主课相比，属于“副科”。反观美国，2005年出台了《国家科学教育标准》，科学课成为美国小学课程中最重要的学科之一(美国小学共设有8门课程，分别是语言艺术、数学、科学、社会研究、健康卫生、艺术、音乐、体育)。各州情况有所不同，每周5课时到9课时不等。由于教师的素质高，科学课程也成为小学生最喜欢的课程。

2 “五结合全科学教育”模式

为了更好地发展小学科学教育，教育主管部门要尽快出台义务教育科学课程标准，并将科学列入中小学教师专业资格评审的学科当中，把科学教师置于与其他学科的教师同等的地位。在师资培养方面，可以将小学科学教育纳入小学教育专业的师范生培养体系。目前，镇江高等专科学校丹阳师范学院已开始招收小学教育专业(科学方向)的师范生。培养小学科学教师，不仅要在课程设置上有特色，而且还要在教育模式上有特色，为此，笔者提出“五结合全科学教育”模式。

中国古代的“阴阳五行”学说有一个中心思想，即“五行”必须达到某种平衡，事物才能顺利发展。某一要素过强或过弱都会让整体出现不平衡现象，事物发展就会受到一定的阻碍。与此相似，科学教育中也应该贯彻“和谐、协调、平衡”的原则，把自然科学和人文科学、理论知识和实践能力有机地结合起来，使之和谐、协调地发展。

人文科学的内容很多，不可能在自然科学课中把所有的人文科学知识都融合进去，必须抓住重点和关键。笔者以为，对于科学教育而言，最重要的是哲学和美学。“哲学是批判之学问，方法之源泉，理想之动力，道德之标杆。”而“美学则是和谐之学问，直觉之源泉，灵感之摇篮，统一之动力”。美学的核心是和谐，包括人与人之间的和谐(良好的人际关系有利于开展工作)，物与物之间的和谐(自然规律就是物体之间和谐、协调发展的一种表现)，人与物之间的和谐(目前特别强调的人与自然的和谐，环境保护、生态平衡、可持续发展等是人与物和谐的表现)。美学艺术强调整体思维和形象思维，所以美学思维能提高人的直觉思维能力。此外，欣赏美好事物或艺术也有助于获得灵感，有利于创新。美学的终极目标是统一，包括人与人、人与物、物与物之间的统一，中国古代的“天人合一”是美的最高境界。而统一的思想在科学研究上非常重要。

当然，科学教育的主体是自然科学知识(包括物理、化学、生物、天文、地理等)和各种科学实践能力(如观察、实验和制作等能力)。此外，在信息时代，计算机和外语知识是解决问题、进行人际交流必不可缺少的工具。而数学，作为培养学生抽象思维和逻辑推理能力的一门重要的学科，自然也是必不可少的。根据上面的分析，在科学教学中，我们可以采用“五结合全科学教育”模式，如图1所示。

图1 “五结合全科学教育”新模式

该模式有5个方面、3个层次，包括在信息时代(或知识经济时代)人人都必须掌握的基本工具(外语、计算机和数学知识)，科学教师必须重点掌握的自然科学知识、相应的实践能力(观察、实验、制作能力，教育、教学能力和人际交往能力等)、人文科学知识(主要是哲学和美学知识以及批判精神与美学鉴赏能力等)。该模式的核心理念是:把实践能力和科学知识放到同等重要的位置，同时强调批判精神。

3 实施“五结合全科学教育”的具体措施

先进的教学理念和模式是培养创新人才最重要因素之一。已经有许多专家学者从理论上探讨过这一问题了，笔者只是提出一些具体的措施以供读者参考。

3.1 点面结合，融合人文知识

所谓点，即在各门自然科学学科中渗透人文科学知识，注重各种能力的培养。如在数学教学中重点培养学生抽象思维、逻辑思维、空间想象能力，在物理学科中渗透自然美、秩序美、和谐美的美学思想和哲学的批判精神。在化学教学中重视培养学生的观察和实验能力，在生物教学和地理教学中渗透环境保护理念等。

所谓面，即在《现代科技概论》中介绍最新的科技知识以扩大学生的知识面，同时强调可持续发展理念和道德品质的重要性。

3.2 内外结合，增强实践能力

每位教师都知道增强学生的实践能力的重要性，但在实际教学中，由于教学任务重，课时少，条件有限，很难兼顾到知识传授和实践能力培养并举，很难长期坚持自主探究式教学(主要是担心完不成教学任务)。为了弥补课时的不足和学生动手能力的欠缺，镇江高等专科学校丹阳师范学院每周安排4节课的时间让学生在课外搞一些小制作，效果很好。“课内打基础，课外强能力，校内增知识，校外扩视野”可以较好地解决由于课时不足所带来的学生实践能力薄弱等问题(有条件的学校可以配备专职的实验员或科技辅导员，这样效果会更好)，也能较好地贯彻“教学做”合一或“做中学，学中做”的教学理念。

3.3 书网结合，提高信息处理能力

信息时代，书本知识仅仅是知识海洋中的一小滴，网络上的知识和信息远比书本丰富得多。但是，物极必反，太多的信息扑面而来，有时候会使学生迷失方向，无所适从。因此如何甄别信息和加工、处理信息成为迫切需要解决的问题。教师应当做好示范，教会学生如何收集、处理信息，教会学生泛读和精读相结合。比如在写毕业论文时，参考文献太多，学生无从下手，此时，教师应当提醒学生先根据自己的兴趣、学情确定一个大致的研究方向或课题，然后，寻找、遴选相关文献。同时，教师要根据学生的选题、研究情况作具体的指导。

3.4 案例教学，提高创新能力

笔者经常说的一句话是“一个典型案例胜过100遍空洞的说教”。哈佛商学院首创的“案例教学法”非常管用，笔者通过几个典型案例来培养学生的批判精神和创新能力，收到了比较好的效果［13－14］。如植树问题，即6棵树种7排，7棵树种6排，如何种?再如功率问题，即P=FV中，P一定，F与V成反比是否正确?再如，学生很喜欢玩的吹气球实验(连通气球)也是一个典型案例。大多数人认为，两个大小不同气球连通后，只有“大的更大、小的更小”才是唯一正确的结论，网上还有人提出了用“肥皂泡模型”(即把气球和肥皂泡类比)来解释这一现象，这一观点是否正确?笔者鼓励学生自主探究，结果发现，两个大小不同的气球连通时会出现3种现象:大的更大，小的更小;大的和小的直径都不变;大的变小，小的变大。通过教师的引导和上网查阅资料，学生明白了这是由于构成气球膜的橡胶具有特殊的应力-应变特性所致(开始时应力变化很快，后来变化较慢，再后来又变快)。通过典型案例，学生从身边的小问题中知道了如何提高自己的批判精神、勇气、胆略以及创新能力。

3.5 实战训练，提高教学能力

目前部分师范院校五年一贯制大专班“科学教育专业”的学生，在五年级时有专门的“小学科学教育与研究”课程。除了教授学生一些教育、教学理论和教学方法之外，笔者认为，还要让学生多看教学名师的上课实录，在平时，多进行一些备课、上课、说课的训练和比赛，鼓励学生直接到小学上公开课，并以此作为考核的重要指标。这样，可以迫使学生重视实际的教学能力，通过努力提高教学水平。

除了上面所述的5种措施之外，还可以借鉴英国大学的导师制(少数优秀学生可以和教师合作进行科学研究)、清华大学的培训制(聘请校外一些具有较高技术水平的人担任实验或制作的辅导员)以及众多高校实施的校企合作(对于师范院校而言是和中小学合作)、顶岗实习等手段来提高学生的实践能力。

3.6 综合评价，改革考核方式

目前，“重理轻实”(重视理论，轻视实践)和“重灌轻导”(重视灌输，轻视引导)的现象依然存在。“牵牛要牵牛鼻子”，要改变这种状况，除了改变教学模式外，还应改革考核评价机制。从小学到大学，我们更多的注重理论知识的考核，很少进行实践能力的考核。笔者认为，在实践能力的考核方面，可以通过观看学生的上课视频或工作实录，或检查他们的教案设计、实验报告或小制作、毕业论文等形式进行。

［1］陈朋.美国科学教育新动向:美国国家科学委员会和总统科学与技术顾问委员会关于发展科学教育的建议［J］.外国教育研究，2012，39(2):75 －82.

［2］王威，刘恩山.美国科学教育框架设计理念的发展动态［J］.外国教育研究，2012，39(8):70 －75.

［3］教育部.教育部关于印发义务教育语文等学科课程标准(2011年版)的通知(教基二〔2011〕9号)［EB/OL］.(2011－12－28)［2014－01－06］.http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/info_category_query/index.html.

［4］教育部.教育部关于印发《普通高中课程方案(实验)》和语文等十五个学科课程标准(实验)的通知(教基〔2003〕6号)［EB/OL］.(2003－03－31)［2014－01－06］.http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/info_category_query/index.html.

［5］教育部.教育部办公厅关于2007年推进普通高中新课程实验工作的通知(教基厅〔2007〕1号)［EB/OL］.(2007－01－05)［2014－01－06］.http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/info_category_query/index.html.

［6］邓磊.我国高师综合科学教育专业课程设置框架的架构研究［D］.重庆:西南大学，2011:1－198.

［7］杨妙霞，林杨宗，冯丽霞，等.中外科学教师专业素养的比较分析:以我国非专业科学教师和美国科学教师为例［J］.漳州师范学院学报:自然科学版，2008(2):136－140.

［8］阎元红，王玉英.科学教育专业发展中的SWOT分析及战略选择［C］//中国教育学会科学教育分会大学工作委员会.第五届全国科学教育专业与学科建设研讨会会议论文集.怀化:中国教育学会科学教育分会大学工作委员会，2009:9－14.

［9］江苏省专业技术人员职称(职业资格)工作领导小组.江苏省职称工作领导小组关于印发江苏省中小学教师专业技术资格条件的通知(苏职称〔2013〕4号)［EB/OL］.(2013－05 －13)［2014 －01 －06］.http://www.nj13z.cn/News/Article.aspx?ArticleId=1537＆MenuId=3.

［10］丁邦平.中美科学教育比较［J］.中国教育学刊，2000(2):52－54.

［11］马明辉.美国科学教育发展的新阶段:作为实践的科学［J］.外国教育研究，2012，39(7):35 －42.

［12］郝琦蕾，丁昕.中美小学科学教育比较研究［J］.教学与管理，2008(5):159－160.

［13］蔡志东，闵建华.创新的基本要素及其相互关系［J］.中国电力教育，2009(21):8－11.

［14］蔡志东，冷国华.案例教学法培养学生创新能力的初步尝试［J］.中国电力教育，2010(25):56－58.